X射线探测器简述

1、一、气体电离辐射探测器 工作原理：入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离，工作原理：入射粒子使高压电极和收集电极间的气体电离， 生成的电子离子对在电场的作用下向两极漂移，在收集电极生成的电子离子对在电场的作用下向两极漂移，在收集电极 上产生输出脉冲。上产生输出脉冲。 惰性气体加少量多原惰性气体加少量多原 子分子气体的混合气子分子气体的混合气 用氙气可增大气体的用氙气可增大气体的 密度，提高转换效率密度，提高转换效率 脉冲电离脉冲电离 室的输出室的输出 信号所包信号所包 含的信息含的信息 二、闪烁晶体探测器 闪烁探测器的性能由闪烁晶体和光电二极 管阵列性能,以及闪烁晶体与光电二极管耦 合工艺决

2、定。 常采用的闪烁体晶体有CdWO4（钨酸镉）、 BGO( Bi4 Ge3O12锗酸铋) 、CsI( 碘化铯) 等, 它们各有优缺点。 CsI( Tl) 价格稍低,发光效率高且光谱与光电 二极管匹配较好, 但抗辐射能力差, 在高能X 射线照射下, 寿命很短; BGO 闪烁晶体除价格昂贵外, 抗辐射能力 太弱; CdWO4闪烁晶体各方面性能较好, 目前普 遍被高能工业CT 采用, 但CdWO4闪烁晶体 余辉长,且机械加工性能不好, 不宜加工成细 长的探测器晶体, 价格也昂贵 闪烁晶体探测器原理 CdZnTe（CZT）晶体是一种性能优异的）晶体是一种性能优异的室温室温半导体半导体 核辐射探测器新材

3、料。核辐射探测器新材料。CZT晶体是由于晶体是由于CdTe晶体的晶体的 电阻率较低，所制成的探测器漏电流较大，能量分电阻率较低，所制成的探测器漏电流较大，能量分 辨率较低，就在辨率较低，就在CdTe中掺入中掺入Zn使其禁带宽度增加，使其禁带宽度增加， 而发展成了的一种新材料。随而发展成了的一种新材料。随Zn含量的不同，禁带含量的不同，禁带 宽度从宽度从1.4eV（近红外）至（近红外）至2.26eV（绿光）连续变化，（绿光）连续变化， 所制成的探测器漏电流小，在室温下对所制成的探测器漏电流小，在室温下对X射线，射线，射射 线能量分辨率好，能量探测范围在线能量分辨率好，能量探测范围在10KeV6M

4、eV， 且无极化现象。且无极化现象。 1. CdTe、CdZnTe探测器探测器 优点：优点：原子序数高，禁带宽度大，电阻率高，非原子序数高，禁带宽度大，电阻率高，非 常适合探测常适合探测1010500KeV500KeV的光子，可以在室温下工的光子，可以在室温下工 作。体积为作。体积为1 12cm2cm3 3的晶体可探测能量的晶体可探测能量1MeV1MeV以上的以上的 光子，用于光子，用于x x射线、射线、 射线能谱测量射线能谱测量。对对57 57Co Co的的 122KeV 122KeV 射线的半宽度室温时为射线的半宽度室温时为5.9KeV5.9KeV。 缺点：缺点：载流子寿命不够大，俘获长度

5、较小，造成载流子寿命不够大，俘获长度较小，造成 电荷收集不完全，能谱性能受限制。电荷收集不完全，能谱性能受限制。 2.锂漂移半导体探测器锂漂移半导体探测器(PIN结结) 基体用基体用P型半导体型半导体(因为极高纯度的材料多是因为极高纯度的材料多是P型的型的)，例如掺，例如掺 硼的硼的Si或或Ge单晶单晶。 (1) 一端表面蒸一端表面蒸Li，Li离子化为离子化为Li+,形成形成PN结。结。 (2) 另一端表面蒸金属，引出电极。另一端表面蒸金属，引出电极。 外加电场，使外加电场，使Li+漂移。漂移。Li+与受主杂质与受主杂质(如如Ga-)中和，并可实中和，并可实 现现自动补偿自动补偿形成形成 。

6、(3) 形成形成结，未漂移补偿区仍为结，未漂移补偿区仍为P，引出电极。，引出电极。 P N+ Intrinsic Semi Front metallization Ohmic back contact To positive bias voltage 为了降低探测器本身的噪声和FET的噪声，同时为降 低探测器的表面漏电流，锂漂移探测器和场效应管FET 都置于的容器内，工作于液氮温度(77K)。 对Ge(Li)探测器，由于锂在锗中的迁移率较高， ，以防止Li+Ge-离子对离解，使Li+沉积而 破坏原来的补偿;对Si(Li)探测器，由于锂在硅中的迁移 率较低，在常温下保存而无永久性的损伤。 3) 由于PIN探测器能量分辨率的大大提高，开创了谱学的新阶段。 Li漂移探测器的问题：低温下保存代价很高；漂 移的生产周期很长，约3060天。 四、CCD电耦合器件 1.1.电荷的储存电荷的储存 以以 电电 荷荷 为为 信信 号号 势阱产生势阱产生 势阱合并势阱合并 电荷转移电荷转移 电荷共有电荷共有 电荷转电荷转 移移 势阱及电荷转移一个位置。势阱及电荷转移一个位置。 电荷包的转移是由势阱的不对称和势